Kabarcık (fizik) - Bubble (physics)

Bir kabarcık a, kürecik , genellikle başka bir maddenin, gaz bir de sıvı . Marangoni etkisi nedeniyle , kabarcıklar sürükleyici maddenin yüzeyine ulaştıklarında bozulmadan kalabilirler.

Yaygın örnekler

Kabarcıklar günlük hayatta birçok yerde görülür, örneğin:

• Spontan olarak çekirdeklenmenin süper-doymuş bir karbon dioksit içinde meşrubat
• Olarak su buharı kaynar su içinde
• De hava gibi bir şelale aşağıda ajite edilen su içine karıştırılmış
• As deniz köpüğü
• Bir şekilde , sabun köpüğü
• Kimyasal reaksiyonlarda verildiği gibi, örneğin kabartma tozu + sirke
• Üretimi sırasında camda hapsolmuş bir gaz olarak
• Bir su terazisi göstergesi olarak

Fizik ve kimya

Kabarcıklar oluşur ve küresel şekiller halinde birleşir, çünkü bu şekiller daha düşük bir enerji durumundadır. Arkasındaki fizik ve kimya için, bkz. çekirdeklenme .

Dış görünüş

Kabarcıklar , çevredeki maddeden farklı bir kırılma indeksine (RI) sahip oldukları için görülebilir . Örneğin, havanın RI'si yaklaşık 1.0003'tür ve suyun RI'si yaklaşık 1.333'tür. Snell Yasası , farklı RI'li iki ortam arasındaki arayüzde elektromanyetik dalgaların nasıl yön değiştirdiğini açıklar; bu nedenle, hem daldırılmış hem de daldırılmış ortamlar şeffaf olsa bile , kabarcıklar eşlik eden kırılma ve iç yansımadan tanımlanabilir .

Yukarıdaki açıklama sadece bir ortamın başka bir ortama daldırılmış kabarcıkları için geçerlidir (örneğin bir meşrubattaki gaz kabarcıkları); bir zar kabarcığının hacmi (örneğin sabun köpüğü) ışığı çok fazla bozmaz ve ince film kırınımı ve yansıması nedeniyle yalnızca bir zar kabarcığı görülebilir .

Uygulamalar

Nükleasyon, örneğin bir katı içinde bir bubblegram oluşturmak için kasıtlı olarak indüklenebilir .

Tıbbi ultrason görüntülemede, kontrastı arttırmak için kontrast madde adı verilen küçük kapsüllü kabarcıklar kullanılır.

Termal mürekkep püskürtmeli baskıda, aktüatör olarak buhar kabarcıkları kullanılır. Bazen diğer mikroakışkan uygulamalarında aktüatör olarak kullanılırlar .

Katı yüzeylerin yakınındaki kabarcıkların ( kavitasyon ) şiddetli çökmesi ve bunun sonucunda oluşan çarpma jeti, ultrasonik temizlemede kullanılan mekanizmayı oluşturur . Aynı etki, ancak daha büyük ölçekte, bazuka ve torpido gibi odaklanmış enerji silahlarında kullanılır . Tabanca karidesi ayrıca silah olarak çöken bir kavitasyon balonu kullanır. Aynı etki, bir litotriptörde böbrek taşlarını tedavi etmek için kullanılır . Yunuslar ve balinalar gibi deniz memelileri , eğlence veya av araçları olarak baloncukları kullanır. Havalandırıcılar , kabarcıklar enjekte ederek gazın sıvı içinde çözünmesine neden olur.

Kabarcıklar kimya ve metalurji mühendisleri tarafından damıtma, absorpsiyon, flotasyon ve sprey kurutma gibi işlemlerde kullanılır . İlgili karmaşık süreçler genellikle kütle ve ısı transferi için dikkate alınmasını gerektirir ve akışkanlar dinamiği kullanılarak modellenir .

Yıldız burunlu mol ve Amerikan su faresi hızla burun deliklerinden solunum ve bir kabarcık oluşturarak su altı kokusu.

nabız

Kabarcıklar bozulduğunda (örneğin su altına bir gaz kabarcığı enjekte edildiğinde), duvar salınım yapar. Şekildeki çok daha büyük deformasyonlarla görsel olarak maskelenmesine rağmen, salınımın bir bileşeni, harici olarak empoze edilmiş bir ses alanının yokluğunda, balonun doğal frekansında meydana gelen kabarcık hacmini değiştirir (yani titreşimdir) . Titreşim, akustik olarak salınımın en önemli bileşenidir, çünkü gaz hacmini değiştirerek basıncını değiştirir ve sesin kabarcığın doğal frekansında yayılmasına yol açar. Sudaki hava kabarcıkları için, büyük kabarcıklar (ihmal edilebilir yüzey gerilimi ve termal iletkenlik ) adyabatik titreşimlere maruz kalır, bu da sıvıdan gaza ısı transfer edilmediği veya bunun tersi anlamına gelir. Bu tür kabarcıkların doğal frekansı aşağıdaki denklemle belirlenir:

${\displaystyle f_{0}={1 \over 2\pi R_{0}}{\sqrt {3\gamma p_{0} \over \rho }}}$

nerede:

• ${\görüntüleme stili \gama }$olduğu spesifik ısı oranı gaz
• ${\görüntüleme stili R_{0}}$bir sabit durum yarıçapı
• ${\görüntüleme stili p_{0}}$kararlı durum basıncıdır
• ${\görüntüleme stili \rho }$bir kütle yoğunluğu çevreleyen sıvının

Sudaki hava kabarcıkları için daha küçük kabarcıklar izotermal titreşimlere maruz kalır. Küçük yüzey gerilimi σ (ve ihmal edilebilir sıvı viskozitesi ) kabarcıkları için karşılık gelen denklem şöyledir:

${\displaystyle f_{0}={1 \over 2\pi R_{0}}{\sqrt {{3p_{0} \over \rho }+{4\sigma \over \rho R_{0}}}} }$

Su altında sıkışan heyecanlı baloncuklar , parmak boğumunun çatlaması sırasında ve bir yağmur damlasının bir su yüzeyine çarpması sırasında parmak boğumumuzdaki gibi sıvı seslerin ana kaynağıdır .

Fizyoloji ve tıp

Vücut dokularında kabarcık oluşumu ve büyümesi ile yaralanma , aşırı doymuş çözünmüş asal gazların dekompresyon sırasında kabarcıklar halinde çözeltiyi terk etmesiyle ortaya çıkan dekompresyon hastalığının mekanizmasıdır . Hasar, yerinde kabarcık büyümesi nedeniyle dokuların mekanik deformasyonundan veya kabarcığın yerleştiği kan damarlarını tıkamasından kaynaklanabilir .

Arteriyel gaz embolisi , dolaşım sistemine bir gaz kabarcığı verildiğinde ve mevcut basınç farkı altında geçemeyeceği kadar küçük bir kan damarına yerleştiğinde meydana gelebilir. Bu, hiperbarik maruziyetten sonra dekompresyonun , akciğer aşırı genişleme hasarının , intravenöz sıvı uygulaması sırasında veya ameliyat sırasında ortaya çıkabilir .

Ayrıca bakınız

• sonolüminesans
• kabarcık füzyonu
• Köpük
• sualtı akustiği
• Minnaert rezonansı
• kabarcık önleyici

Referanslar

Dış bağlantılar